Preview

Advanced Engineering Research

Расширенный поиск

Аналитическая модель оценки предела выносливости сварных соединений феррито-перлитных сталей

https://doi.org/10.23947/2687-1653-2020-20-3-225-234

Полный текст:

Аннотация

Введение. Микродефекты и зоны с концентрацией напряжений в сварных соединениях обусловливают появление усталостных макротрещин. Такие повреждения потенциально опасны, особенно если ресурс усталостной прочности конструкции практически исчерпан. В этом случае размер трещины близок к критическому значению, и крайне важно определить ее длину. Статья посвящена разработке инженерной аналитической модели для оценки критической длины трещины и предела выносливости сварных соединений с образовавшимся зерном в структуре феррито-перлитных сталей после сварки.

Материалы и методы. Использованы теория и методы механики разрушения материалов на мезоуровне. Получена простая аналитическая зависимость, позволяющая определить критические размеры макротрещины для феррито-перлитных сталей без использования формулы Гриффитса. Приведены результаты расчета критических длин трещин различных сталей в зависимости от их предела текучести. Представлена аналитическая зависимость расчета предела выносливости для наиболее опасного симметричного цикла нагружения по стандартному набору механических характеристик и среднему диаметру зерна ферритоперлитной стали.

Результаты исследования. Выполнен структурно-деформационный анализ процесса развития трещин. На его базе разработана инженерная методика оценки предела выносливости. Создана математическая модель, которая позволяет рассчитывать предел выносливости и критическую длину трещины в элементах сварных конструкций крупногабаритной техники с учетом циклических нагрузок симметричного цикла. С помощью данной модели можно оценить степень чувствительности металла к исходным характеристикам (предел текучести, коэффициент Пуассона, диаметр зерна, относительное сужение, модуль Юнга, коэффициент степенного упрочнения и др.).

Обсуждение и заключение. При напряжениях, соответствующих пределу выносливости стали, сближаются скорости раскрытия критической трещины вершины и берегов. Этот момент энергетически примерно соответствует переходу трещины в нестабильное состояние. Накопление односторонних пластических деформаций приводит к предельному состоянию пластичности области, примыкающей к вершине трещины и лавинообразному или резко ускоренному ее движению. Эта критическая область взаимосвязана с диаметром зерна материала, характеристикой критической пластичности и критическим раскрытием в вершине трещины на пределе выносливости. Предложенные аналитические зависимости могут быть использованы для оценки остаточного ресурса и предела выносливости сварных конструкций, влияния различных факторов на предел выносливости сварных соединений феррито-перлитных сталей, используемых в машиностроении, судостроении, трубопроводном транспорте и др.

Об авторах

К. А. Молоков
ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет»
Россия

Молоков Константин Александрович-доцент кафедры,  кандидат технических наук.

690091, РФ, Владивосток, ул. Суханова, 8.

ResearcherID AAH-6348-2019, ScopusID: 57197836777



В. В. Новиков
ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет»
Россия

Новиков Валерий Васильевич- доцент кафедры, кандидат технических наук.

690091, РФ, Владивосток, ул. Суханова, 8. 

ScopusID: 5641710410



А. П. Герман
ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет»
Россия

Герман Андрей Петрович-доцент кафедры. 

690091, РФ, Владивосток, ул. Суханова, 8

ResearcherID D-1725-2014, ScopusID: 56417290300



Список литературы

1. Казанов, Г. Т. Концентрация напряжений и другие особенности напряженного состояния судовых корпусных конструкций / Г. Т. Казанов, В. В. Новиков, Г. П. Турмов. — Владивосток : Изд-во ДВФУ, 2014. — 178 с.

2. Молоков, К. А. Основы расчетного проектирования сварных конструкций. Том 1. Напряженное состояние и основы конструирования / К. А. Молоков, В. В. Новиков, Г. П. Турмов. — Владивосток : Изд-во ДВФУ, 2019. — 204 с.

3. Ямалеев, К. М. Структурные аспекты разрушения металла нефтепроводов / К. М. Ямалеев, Л. Р. Гумерова. — Уфа : Гилем, 2011. — 144 с.

4. Jordan, C. In-Service Performance of Structural Details / C. Jordan, C. Cochran. — Washington: Ship Structure Committee, 1978. — 188 р.

5. Akita, Y. Statistical Trend of Ship Hall Failure / Y. Akita // PRADS, 83: the Proceedings of the 2nd International Symposium on Practical Design in Shipbuilding in Tokyo and Seoul, October 17–22. — Tokyo: Society of Naval Architects of Japan, 1983. — P. 619–624.

6. Повреждения и расчетный анализ прочности корабельных конструкций / В. В. Новиков, Г. П. Турмов, О. Э Суров [и др.]. — Владивосток : Изд-во ДВФУ, 2020. — 266 с.

7. Матохин, Г. В. Основы расчетных методов линейной механики разрушения / Г. В. Матохин, К. П. Горбачев. — Владивосток : Изд-во ДВГТУ, 2008. — 304 с.

8. Молоков, К. А. Оценка выносливости сварных соединений с учетом общего пластического деформирования материала при плоском напряженном состоянии / К. А. Молоков // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. — 2019. — № 1 (38). — С. 19–26.

9. Файвисович, А. В. Кинетика геометрии макротрещины / А. В. Файвисович, И. Г. Береза // Эксплуатация морского транспорта. — 2019. — № 1 (90). — С. 77–83.

10. Федотов, С. Н. Квазихрупкое разрушение как разрушение иерархической структуры / С. Н. Федотов // Физическая мезомеханика. — 2015. — Т. 18, № 6. — С. 24–31.

11. Терентьев, В. Ф. Усталость металлов / В. Ф. Терентьев, С. А. Кораблева. — Москва : Наука, 2015. — 479 с.

12. Иванова, В. С. Синергетика и фракталы. Универсальность механического поведения материалов / В. С. Иванова. — Уфа : Изд-во УГНТУ, 1998. — 363 с.

13. Иванова, В. С. Природа усталости металлов / В. С. Иванова, В. Ф. Терентьев. — Москва : Металлургия, 1975. — 454 с.

14. Кроха, В. А. Упрочнение металлов при холодной пластической деформации / В. А. Кроха. — Москва : Машиностроение, 1980. — 157 с.

15. Поля деформаций при малоцикловом нагружении / С. С. Сергисен, Р. М. Шнейдорович, Н. А. Махутов [и др.]. — Москва : Наука, 1979. — 277 с.

16. Куркин, С. А. Прочность сварных тонкостенных сосудов, работающих под давлением / С. А. Куркин. — Москва : Машиностроение, 1976. — 184 с.

17. Основы пластической деформации наноструктурных материалов / Под ред. А. М. Глезера. — Москва : Физматлит, 2016. — 304 с.

18. Смирнов, А. Н. Разрушение и диагностика металлов / А. Н. Смирнов, В. В. Муравьев, Н. В. Абабков. — Москва ; Кемерово : Инновационное машиностроение, 2016. — 479 с.


Для цитирования:


Молоков К.А., Новиков В.В., Герман А.П. Аналитическая модель оценки предела выносливости сварных соединений феррито-перлитных сталей. Advanced Engineering Research. 2020;20(3):225-234. https://doi.org/10.23947/2687-1653-2020-20-3-225-234

For citation:


Molokov K.A., Novikov V.V., German A.P. Analytical model for assessing fatigue limit of welded joints of ferritic-pearlitic steels. Advanced Engineering Research. 2020;20(3):225-234. (In Russ.) https://doi.org/10.23947/2687-1653-2020-20-3-225-234

Просмотров: 48


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2687-1653 (Online)